课程名称（中文）：冶金化工过程装备实验
课程名称（英文）：Fundamental Experiment of Metallurgy-Chemical Industry Process
课程编号：050819
课程性质：技术基础课
课程属性：必修、应用化学选修
教材名称：《冶金化工过程装备指导书》
实验指导书名称：《冶金化工过程装备实验指导书》
课程总学时：32
实验总学时：32
开设实验项目数：10
总学分：2
应开实验学期：5—6学期
适用专业：冶金工程，化学工程与工艺、应用化学
先修课程：冶金传输原理、冶金化学反应工程，冶金设备，化工原理等
本大纲主撰人：党哓娥 审核人：薛娟琴、宋永辉、李林波 负责人：朱军
一、课程的目标与基本要求
1．课程性质：
冶金化工过程装备实验是专业一门很重要的实践课程，是理工科专业冶金化工基础课程理论联系实际，培养学生应用所学理论解决实际问题的能力，进行科学研究的一个重要的教学环节。它属于工程实验范畴，不同于其它基础课程的实验，是一门重要的技术科学，有着本身的特点和系统。其内容涵概流体流动、传热、传质和化学反应工程等四方面的基本内容，再现冶金化工过程现象和客观规律，引导学生建立“工艺流程”、“工程装置”、“过程操作”等专业工程概念，理解工程对象、工程方法以及专业理论的工程意义与作用。
2．课程目的和任务：
本课程主要任务是在以前理论课程学习的基础上，通过完成本实验课程教学大纲所规定的实验项目，预期达到以下目的：
1.通过传递过程、化学反应过程和测控技术的典型实验，使学生增强感性认识，加深对化学过程学中有关基本概念和基本理论的理解；
2.进行化工实验基本技能训练，培养测定、分析和处理化工实验数据的能力；
3.使学生初步掌握处理过程问题的实验研究方法和实验技术；
4.通过实验熟悉常用的冶金化工仪表和冶金化工测试技术。
二、课程实验的要求
在实验教学过程中培养学生的实验技能和科学研究能力，引导学生利用化工过程技术与设备、实验方法学、现代测控原理等理论知识，分析和设计冶金化工过程操作并独立完成实验，掌握先进的测量手段和计算机控制技术及计算机在化工基础实验教学中的应用，进而全面提高学生的创新能力和综合素质。
本课程以实践环节为主，课堂讲授为辅，学生通过实验预习、实验实施和结果整理三大教学环节，通过全面不同层次的系统训练，应达到以下要求：
﹙1﹚将已学过的理论运用到实践中去，用实践去验证这些原理和定理，并且获得进一步的认识与了解。
﹙2﹚掌握化工设备的构造、技能及操作技术。
﹙3﹚提高实验技巧，培养整理数据而获得结论的能力，为将来独立研究及解决实际问题打好基础。
﹙4﹚在实验工作中培养实事求是、严肃认真的科学态度及团队协作精神，发挥同学的创造精神,提高同学对于所学知识的综合运用能力和创新能力。
﹙5﹚通过开始综合性、设计性实验，提高学生的创新能力。
三、适用专业
冶金工程、化学工程与工艺、应用化学
四、实验方式与基本要求
1.本课程以实验为主,开课后，课程负责教师首先需向学生介绍课程的性质、任务、要求、课程安排和进度、平时考核内容、期末考试方式、实验守则及实验室安全制度等，这是本课程的必要环节。
2.冶金化工过程装备实验以冶金化工基本单元操作过程实验为主，管内流动阻力测定、离心泵性能曲线测定、管内强制对流传热膜系数的测定、填料塔吸收过程实、筛板塔精馏过程、萃取操作训练是本课程的中心环节。用固定床反应器评价催化剂活性的操作方法、反应过程操作解析。二元气液平衡数据测定实验。学生根据每个实验的任务，4-10人一组，每个学生应独立完成实验数据的测定，数据的处理，并撰写实验报告。实验前，学生必须认真阅读实验指导书，了解实验的目的与原理，明确本实验的方法、需测定的数据，需要的仪器设备以及需要注意的问题。教师需对学生的预习情况进行检查，要求学生在整个实验过程要动手、动脑、分析钻研问题，数据记录准确，经教师检查并签名后，实验及其原始数据记录才有效。
3.任课教师要认真上好每一堂课，实验教师要亲自检查仪器设备情况，清点学生人数；实验过程中积极向学生提问，培养学生观察实验，积极思考，使学生学会分析问题与解决问题的能力。
五、主要仪器设备
数字化离心泵性能曲线测定实验装置、全数字化流体流动阻力实验装置、全数字化填料塔吸收实验装置、全数字化筛板精馏实验、基本转盘萃取实验装置、膜分离实验装置、二元汽液平衡数据测定实验装置、气相色谱仪、气固相催化反应常压固定床实验装置等。
六、实验教学要求及考核
1．进行每一个实验，应包含如下几个环节：
1) 实验预习：理解实验原理，明确实验目的，确定实验方案，写好预习报告；
2) 掌握有关测量仪表的使用方法，了解安装注意事项，摸索操作参数的调节与稳定，学会观察和分析实验现象，正确获取实验数据。
3) 数据处理：实验数据的整理与处理，实验结果的图示或关联。
4) 实验报告：实验原理、流程简图、操作要点、数据图表、主要结论、实验结果的分析讨论。
2．实验报告要求
1)报告内容包括：实验名称，实验内容，实验原理，实验流程及装置，必要的实验步骤，原始数据记录，实验结果，结果分析和讨论。
2)教师检查原始数据记录并签字，批改实验报告并附有必要的评语。
3)本课程采用考试(考核)方法评定学生学习成绩，具体评定方式如下：
每个实验项目按百分制记成绩，然后求所有实验项目总成绩之和的平均值，折算成五分制，最终实验课程成绩按优、良、中、及格、不及格予以评定，单独给出实验课成绩。
七、实验项目设置与内容
实验项目一
（1）实验名称：流体流动阻力测定实验
（2）实验性质：设计或综合
（3）实验类别：专业基础实验
（4）实验学时：4
（5）每组人数：4人
（6）开出要求：必做
（7）实验内容：
1.测定圆形直管的摩擦系数，并作出曲线图；
2.测定管件和阀门的阻力系数；
3.学习流量计的校核方法；
4.通过测定标准孔板流量计的孔流系数验证其变化规律；
5.了解离心泵的特性；
（8）实验目的:
1.通过本实验使学生掌握流体流经直管和管阀件时阻力损失的测定方法，从实验中了解流体流动中能量损失的变化规律；
2.测定直管摩擦系数与雷诺准数的关系，比较摩擦系数与雷诺准数的回归方程与经验公式；
3.使学生通过本实验学会压差计、差压变送器、温度变送器、孔板流量计和转子流量计的使用方法；
4.使学生通过观察组成管路的各种管件、阀门，并了解其用途，建立化工设备的工程化概念；
5.通过实验操作，使学生了解采用数字化仪表，计算机进行数据采集、过程控制的基本原理和过程。
6.锻炼学生独立从事科学研究的能力以及培养团队的协作精神。
（9）主要仪器设备及套数：全数字化流体流动阻力实验装置1套
实验项目二
（1）实验名称：离心泵特性曲线测定
（2）实验性质：验证
（3）实验类别：专业基础实验
（4）实验学时：3
（5）每组人数：3-4人
（6）开出要求：必做
（7）实验内容：
1.测定恒定转速条件下泵的扬程(H)、轴功率(N)、以及总效率（η）与泵的流量(Q)之间曲线关系；
2.测定不同转速下泵的扬程(H)、轴功率(N)、以及总效率（η）与泵的流量(Q)之间曲线关系；
（8）实验目的：
1.了解离心泵的结构、性能，学会离心泵的操作；
2.学习离心泵曲线的测定方法；
3.使学生能够掌握离心泵流量调节（阀门、转速和泵组合方式）方法。
（9）需要仪器设备及套数：全数字化离心泵性能曲线测定实验装置1套
实验项目三
（1）实验名称：空气－蒸汽对流给热系数测定
（2）实验性质：验证
（3）实验类别：专业基础实验
（4）实验学时：3
（5）每组人数：3-4人
（6）开出要求：必做
（7）实验内容：
1.测定努塞尔准数与雷诺准数的关系，将测定的努塞尔准数与雷诺准数进行回归，所回归的方程与经验公式进行验证性比较；
2.测定冷热流体通过间壁换热时给热系数；
3.根据实验获得的对流传热膜系数和空气流速，整理得到努塞尔数与雷诺数Re之间的幂函数型经验公式。
（8）实验目的：
1.了解间壁式传热元件,掌握给热系数测定的实验方法；
2.学会给热系数测定的实验数据处理方法；
3.观察水蒸气在水平管外壁上的冷凝现象；
4.掌握热电阻测温的方法；
5.了解影响给热系数的因素和强化传热的途径。
（9）主要仪器设备及套数：给热系数测定实验装置1套
实验项目四
（1）实验名称：填料塔吸收传质系数的测定
（2）实验性质：综合
（3）实验类别：专业基础实验
（4）实验学时：4
（5）每组人数：3-4人
（6）开出要求：必做
（7）实验内容：
1.观察在一定流体喷淋密度下，当气速增大到一定程度时产生的液泛现象，测得液泛气速，并根据液泛气速确定操作速度；
2.测定填料塔压降，在对数坐标中画出填料层压降△P与空塔速度的ν的关系；
3.测定填料塔吸收与解析传质系数；
4.考察气体空塔速度和液体喷淋密度对总体积传质系数的影响；
5.测定填料塔的流体力学性能。
（8）实验目的
1．了解填料塔吸收装置的基本结构及流程；
2．掌握总体积传质系数的测定方法；
3．测定填料塔的流体力学性能；
4．了解气体空塔速度和液体喷淋密度对总体积传质系数的影响；
5．了解气相色谱仪和六通阀的使用方法；
6．学会化工原理实验软件库（组态软件MCGS和VB实验数据处理软件系统）的使用。
（9）主要仪器设备及套数：数字化填料塔吸收实验装置、气相色谱分析仪。
实验项目五
（1）实验名称：筛板塔精馏过程实验
（2）实验性质：综合
（3）实验类别：专业基础实验
（4）实验学时：3
（5）每组人数：3-4人
（6）开出要求：必做
（7）实验内容：
1.测定精馏塔全塔效率和单板效率；
2.部分回流工况下，测定塔顶、塔底，液相组成，据此求该回流比下的理论板数、全塔效率；
3.调节精馏塔使其稳定操作于不同的回流比工况，求取相应的全塔效率。
（8）实验目的：
1.了解筛板精馏塔和附属设备的基本结构及流程；
2.了解筛板精馏塔过程的基本操作方法；
3.学习测定精馏塔全塔效率和单板效率的实验方法；
4.了解气相色谱仪的使用方法。
（9）主要仪器设备及套数：数字化筛板精馏实验1套
实验项目六
（1）实验名称：液液萃取实验
（2）实验性质：演示
（3）实验类别：专业基础实验
（4）实验学时：3
（5）每组人数：3-4人
（6）开出要求：必做
（7）实验内容：
1.测定水、煤油和苯甲酸体系萃余相的萃取总传质单元高度；
2.外加能量对液液萃取塔传质单元高度和通量的影响；
3.实验研究萃取操作条件改变对萃取塔性能的影响。
（8）实验目的：
1.了解转盘萃取塔的基本结构、操作方法及萃取的工艺流程；
2.观察转盘转速变化时，萃取塔内轻、重两相流动状况，了解萃取操作的主要影响因素；
3.掌握每米萃取高度的传质单元数
、传质单元高度
和萃取率
的实验测法；
4.研究萃取操作条件对萃取过程的影响。
（9）主要仪器设备及套数：基本转盘萃取实验装置1套
实验项目七
（1）实验名称：膜分离实验
（2）实验性质：演示
（3）实验类别：专业基础实验
（4）实验学时：3
（5）每组人数：3-4人
（6）开出要求：选做
（7）实验内容：
1.进行4种膜分离工艺﹝反渗透、超滤、纳滤、微孔过滤﹞的系统实验；
2.进行影响膜分离过程的因素分析实验；
3.分离膜的反冲洗。
（8）实验目的：
1.了解膜的结构和影响膜分离效果的因素，包括膜材质、温度、压力和流量；
2.了解膜分离的主要工艺参数，掌握膜组件性能的表征方法；
3.掌握膜分离流程，比较各膜分离过程的异同；
4.掌握电导率仪、紫外分光光度计等检测方法；
（9）主要仪器设备及套数：膜分离实验装置1套，紫外可见分光光度计1套。
实验项目八
（1）实验名称：气固相催化反应常压固定床实验
（2）实验性质：综合
（3）实验类别：专业基础实验
（4）实验学时：3
（5）每组人数：3-4人
（6）开出要求：必做
（7）实验内容：
1.用折射仪分析乙烯的浓度；
2.计算乙醇转化速率，乙烯收率。
（8）实验目的：
1.掌握使用固定床反应器评价催化剂活性的操作方法；
2.了解丁烷氧化P-V–O催化剂在催化反应中的氧化还原作用机理；
3.掌握用在线分析方法测定反应物成分的实验技术；
4.了解气—固相催化强放热反应的床内温度分布特点及反应条件对转化的影响。
（9）主要仪器设备及套数：气固相催化反应常压固定床实验装置1套、折射仪1套、气相色谱仪一套。
实验项目九
（1）实验名称：二元气液平衡数据测定实验
（2）实验性质：综合
（3）实验类别：专业基础实验
（4）实验学时：3
（5）每组人数：3-4
（6）开出要求：必做
（7）实验内容：
1.测定水-酒精二元体系在101325kpa下的气液平衡数据；
2.用wilson方程求得配偶参数，再求出气相组成，并与实验值进行比较。又实验值与计算值做出温度—组成图。
（8）实验目的：
1.通过实验掌握非均相掌握汽液平衡计算平衡；混合物热力学性质的相互推算，掌握气液数据的测定方法和技能。
2.应用wilson方程关联实验数据。
（9）主要仪器设备及套数：二元气液平衡数据测定实验装置1套。
实验项目十：
（1）实验名称：原子吸收法和分光光度法分析溶液中铁的含量
（2）实验性质：综合
（3）实验类别：专业基础实验
（4）实验学时：3
（5）每组人数：4-8人
（6）开出要求：选做
（7）实验内容：
运用原子吸收法、紫外可见分光光度法分析溶液中铁的含量；
（8）实验目的：
1.掌握原子吸收法、可见分光光度法的分析原理；
2.掌握仪器分析中常用的标准曲线法和标准加入法；
3.了解计算机自动控制的原子分光光度计、紫外可见分光光度的操作过程；
4.了解两种分析仪器的基本结构；
5.了解基体效应对分析结果的影响。
（9）主要仪器设备及套数：原子吸收分光光度计1套、紫外可见分光光度计1套、722分光光度计1套
